基于冗余技术的高压断路器的可靠性设计

（a）DSP1的主程序流程


（b）DSP1正常运行两路信号处理的流程

图3 DSP1运行的程序流程图及其切换

　　从上述流程图可以看出，在两个芯片上电后，芯片1首先处理它自己的第1、2路信号，芯片2则处于待机状态，芯片1在每次待机状态时检测bio信号来判断芯片2是否发生了故障，一旦芯片2有故障发生，bio＝0，芯片1执行的程序就发生切换，运行处理四路信号的程序段;在芯片2没有故障发生时，芯片1依次处理它自己的第1路、第2路信号，然后通知芯片2处理另外两路信号，最后关中断，不再响应中断请求，处于等待状态，只有等芯片2处理完毕打开中断才能再响应。同样，芯片2在执行程序时同样也定时检测bio的值来判断芯片1是否发生了故障，并在处理完第4路信号后再通知芯片1进行处理，如此循环往复。

　　由于程序处理采取的是分散控制，即四路信号的A/D转换、PID处理、D/A输出是轮流执行的，程序每隔10us产生一次中断，所以各路信号的采样周期为40us。

3 可靠性分析

　　设两个芯片的平均失效率为λ，表示在（0，t）时间间隔内的平均故障次数；平均无故障工作时间为T，表示在（0，t）时间间隔内的平均无故障工作时间;设单个芯片的可靠性为R（t），表示单个芯片在（0，t）时间内正常工作的概率。
　　则有： R（t）＝ e^－λtt ≥ 0 其中 T＝1/λ

　　由于系统采用的是热备份旁待冗余方式，这种冗余结构的可靠性可按下式计算：
   
　　则整个系统的平均无故障时间为：
   
　　显然，系统的平均无故障时间是单机运行的1.5倍。由此可见，用两个芯片冗余组成的控制系统的可靠性要比单个芯片组成的控制系统的可靠性大大提高。

5 结束语

　　采用两个DSP芯片基于冗余技术的断路器容错设计方案主要完成了两芯片间的通信接口设计、软硬件故障诊断模块、判决模块的设计，在此硬件基础之上设计了两芯片分担处理四路信号的切换程序和实现系统容错功能的程序。使每个芯片的处理数据量降低了，可进一步提高A/D采样频率。当其中某一芯片出现故障时，另一芯片将独立完成全部输入信号的处理任务，从而有效地实现了电力系统的测控，较大地提高了系统的可靠性。